JP6148708B2 - Rapid nucleic acid extraction method and apparatus - Google Patents

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Description

本開示は、核酸の抽出、特に、抽出デバイスまたは抽出装置を介した核酸の抽出に関する。   The present disclosure relates to nucleic acid extraction, and in particular to nucleic acid extraction via an extraction device or extraction apparatus.

核酸は、全ての既知の生命体にとって不可欠な重合体高分子である。核酸には、ヌクレオチドという単量体からなるデオキシリボ核酸(DNA)およびリボ核酸(RNA)が含まれる。生物中に存在する最も重要な高分子は、核酸およびタンパク質である。なぜなら、核酸およびタンパク質は遺伝情報を符号化、伝達、発現する働きをするからである。核酸を検査するには「抽出」工程が必要となる。「抽出」の別称としては、「精製」、「分離」、または「濃化」等が挙げられる。核酸抽出のための複合的な実験室的方法として、クロマトグラフィカラムを介した抽出および磁気ビーズによる分離等が知られている。   Nucleic acids are essential polymer macromolecules for all known organisms. Nucleic acids include deoxyribonucleic acid (DNA) and ribonucleic acid (RNA) consisting of monomers called nucleotides. The most important macromolecules present in living organisms are nucleic acids and proteins. This is because nucleic acids and proteins serve to encode, transmit and express genetic information. An “extraction” step is required to test nucleic acids. Other names for “extraction” include “purification”, “separation”, “concentration” and the like. As a complex laboratory method for nucleic acid extraction, extraction through a chromatography column, separation by magnetic beads, and the like are known.

例示的な実施形態によれば、検査を迅速かつ確実に、ポータブルで行うことが可能となる新規な核酸抽出方法を提供する。種々の例示的な実施形態は、高価な器具および/または専門的な実験室環境を必要とせずに、オンサイトで迅速に核酸を抽出するための新規なプラットフォームを提供する。   According to an exemplary embodiment, a novel nucleic acid extraction method is provided that enables testing to be performed quickly, reliably, and in a portable manner. Various exemplary embodiments provide a novel platform for rapid nucleic acid extraction on-site without the need for expensive instruments and / or specialized laboratory environments.

一実施形態によれば、核酸の抽出に伴う核酸材料の結合工程、洗浄工程、および溶出工程を、抽出装置内で組み込み実施し、抽出装置により、核酸抽出に必要な緩衝液および/または溶液を供給する。   According to one embodiment, the binding step, the washing step, and the elution step of the nucleic acid material that accompany the extraction of the nucleic acid are incorporated in the extraction device, and the extraction device supplies a buffer and / or a solution necessary for nucleic acid extraction. Supply.

例示的な一実施形態によれば、第1の容器は核酸抽出用溶液を収容するように構成する。第1の容器はその下端部に薄膜を有し、該薄膜は核酸を捕捉する一方で溶液のその他の成分は透過させるように構成する。第1の容器は、該第1の容器の下端部を受容するように構成した廃棄物回収容器の上に配置する。   According to an exemplary embodiment, the first container is configured to contain a nucleic acid extraction solution. The first container has a thin film at its lower end, and the thin film is configured to capture nucleic acids while allowing other components of the solution to permeate. The first container is disposed on a waste collection container configured to receive the lower end of the first container.

さらに、例示的な本実施形態によれば、第1の容器の開口上端部内にシリンジが挿入可能であり、また、洗浄緩衝溶液を充填したチャンバを有するカプセルを備え、該カプセルは、シリンジのプランジャの作動に応じて下方に移動可能である。カプセルは、上部開口にわたって設けた封止材と、下端部に取り付けたスパイクと、をさらに有し、該スパイクは、カプセルの下端部の外へ延在する第1の端部と、チャンバ内に延在する第2の端部と、を有する。   Furthermore, according to this exemplary embodiment, a syringe can be inserted into the upper open end of the first container and comprises a capsule having a chamber filled with a wash buffer solution, the capsule being a plunger of the syringe. It is possible to move downward according to the operation. The capsule further includes a sealant provided over the upper opening and a spike attached to the lower end, the spike extending into the chamber and a first end extending out of the lower end of the capsule. A second end portion extending.

一実施形態において、カプセルのシリンジ内部における構成および位置は、シリンジ内部でカプセルが下方へ移動することにより、まず、第1の容器内にある核酸溶液が薄膜を通って押し出され、その後、スパイクがシリンジの下面に接触して停止する一方でカプセルは下方へ移動し続け、スパイクが封止材を破壊または破断することにより洗浄緩衝溶液がシリンジに放出されるようなものとする。シリンジがさらに下方へ移動することにより、洗浄緩衝溶液が薄膜を通って押し出され、その結果として純粋な核酸が薄膜上に残留する。本装置は、第1の容器の薄膜を洗浄して、RNA、DNA、またはその他の選別した核酸を溶出するように構成した第2のシリンジ装置をさらに備えてもよい。   In one embodiment, the configuration and position of the capsule inside the syringe is such that the nucleic acid solution in the first container is first pushed through the membrane as the capsule moves downward within the syringe, and then the spike is It is assumed that the capsule continues to move down while contacting the lower surface of the syringe and stops so that the spike buffer breaks or breaks the sealant, thereby releasing the wash buffer solution into the syringe. As the syringe moves further down, the wash buffer solution is pushed through the membrane, resulting in pure nucleic acid remaining on the membrane. The apparatus may further comprise a second syringe device configured to wash the thin film of the first container and elute RNA, DNA or other selected nucleic acid.

例示的な核酸溶液作成方法の各ステップの概略図である。It is the schematic of each step of an exemplary nucleic acid solution preparation method. 例示的な核酸抽出工程において用いる、さらなるステップおよび装置を示す側面図である。FIG. 2 is a side view showing additional steps and equipment used in an exemplary nucleic acid extraction process. 図2の装置を組み合わせた状態を示す側面図である。It is a side view which shows the state which combined the apparatus of FIG. 例示的な洗浄緩衝液カプセルの側断面図である。2 is a side cross-sectional view of an exemplary wash buffer capsule. FIG. 図4に示すカプセルの本体構成部品の側断面図である。It is a sectional side view of the main-body component of the capsule shown in FIG. 図4に示すカプセルの上面図である。It is a top view of the capsule shown in FIG. 図4に示すカプセルのスパイク部品の側面図である。It is a side view of the spike component of the capsule shown in FIG. 図2および図3に示す装置と協働するシリンジ内における、図4に示すカプセルの配置を示す側面概略図である。FIG. 4 is a schematic side view showing the arrangement of the capsule shown in FIG. 4 in a syringe cooperating with the apparatus shown in FIGS. 2 and 3. 洗浄緩衝液を放出する位置にある、図4に示すカプセルを示す側断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional side view of the capsule shown in FIG. 4 in a position to release wash buffer. 第2のシリンジを用いて純粋な核酸を得る工程を示す図である。It is a figure which shows the process of obtaining a pure nucleic acid using a 2nd syringe. 代替的なカプセルの実施形態の側断面図である。FIG. 6 is a side cross-sectional view of an alternative capsule embodiment. 代替的なカプセルおよびカプセル破断機構を示す図である。FIG. 5 shows an alternative capsule and capsule breaking mechanism. 廃棄物回収容器の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of a waste collection container. 代替的な実施形態の側面概略図である。FIG. 6 is a side schematic view of an alternative embodiment. 別の代替的な実施形態の側面概略図である。FIG. 6 is a side schematic view of another alternative embodiment.

例示的な実施形態において、図1を参照すると、あらかじめ核酸作成溶液14を充填した容器13に、試料11または溶液16を供給する。ここで、試料11または溶液16の例として、例えば、綿棒に取ったヒトの唾液、血液、汗、または尿等の体液、皮膚、毛髪、植物試料、細胞培養物、微生物培養物、土壌、または核酸を含みうる他の任意の試料が挙げられる。核酸作成溶液14は、適切なpH緩衝液およびその他の添加剤を含み、試料の細胞を破壊して核酸を放出させ、また、例えば酵素による核酸の分解を抑制してその核酸を維持するものである。添加剤としては、界面活性剤、キレート剤、塩類、カオトロピック試薬、エタノールおよびイソプロピルアルコールなどの溶媒、酸類、塩基、および任意選択で、DNA分解酵素またはRNA分解酵素等のタンパク質分解酵素を挙げることができる。一実施形態において、核酸作成溶液14は希釈剤およびpH調整剤として機能する。その後、容器13に対して混合/震盪工程を実施し、その結果、核酸精製/抽出用溶液15が生成される。   In an exemplary embodiment, referring to FIG. 1, a sample 11 or a solution 16 is supplied to a container 13 that has been previously filled with a nucleic acid production solution 14. Here, as an example of the sample 11 or the solution 16, for example, human saliva taken on a cotton swab, body fluid such as blood, sweat, or urine, skin, hair, plant sample, cell culture, microbial culture, soil, or Any other sample that may contain nucleic acids is included. The nucleic acid preparation solution 14 contains an appropriate pH buffer and other additives, and destroys the cells of the sample to release the nucleic acid. For example, the nucleic acid preparation solution 14 suppresses degradation of the nucleic acid by an enzyme and maintains the nucleic acid. is there. Additives include surfactants, chelating agents, salts, chaotropic reagents, solvents such as ethanol and isopropyl alcohol, acids, bases, and optionally, proteolytic enzymes such as DNA-degrading enzymes or RNA-degrading enzymes. it can. In one embodiment, the nucleic acid production solution 14 functions as a diluent and a pH adjuster. Thereafter, a mixing / shaking step is performed on the container 13, and as a result, a solution 15 for nucleic acid purification / extraction is generated.

図2に示すように、続いて、第1の容器としてのバイアル17に、選択した量の溶液15を充填する。一実施形態において、バイアル17は、円筒状上部セグメント19と、円筒状セグメント19より口径の小さい円筒ノズル23を形成する円錐形テーパ部21とで構成することができ、ノズル23は薄膜(メンブレン)25で塞がれている。バイアル17の内容物は、核酸結合カラムと称してもよく、薄膜25は、溶液15中の核酸を保持する役目をする一方、不要な成分は薄膜25を介して洗浄除去される。一実施形態において、薄膜25はシリカ系とすることができる。薄膜25を製造する多数の方法が当業者にとって既知である。種々の実施形態において、薄膜は、シリカ(SiO)、酸化ケイ素(類)、ガラス粉末、アルキルシリカ、ケイ酸アルミニウム(ゼオライト)、NH基を有する活性シリカ、または上記のいずれかを含む混合物で構成することができる。 As shown in FIG. 2, subsequently, a selected amount of the solution 15 is filled in the vial 17 serving as the first container. In one embodiment, the vial 17 can be composed of a cylindrical upper segment 19 and a conical tapered portion 21 that forms a cylindrical nozzle 23 having a smaller diameter than the cylindrical segment 19, and the nozzle 23 is a thin film (membrane). It is blocked at 25. The contents of the vial 17 may be referred to as a nucleic acid binding column. The thin film 25 serves to hold the nucleic acid in the solution 15, while unnecessary components are washed away through the thin film 25. In one embodiment, the thin film 25 can be silica-based. Numerous methods for producing the thin film 25 are known to those skilled in the art. In various embodiments, the thin film is silica (SiO 2 ), silicon oxide (s), glass powder, alkyl silica, aluminum silicate (zeolite), activated silica having NH 2 groups, or a mixture comprising any of the above. Can be configured.

図2および図3に示す装置は、廃棄物回収デバイス29をさらに備え、廃棄物回収装置29は、例えば、一実施形態において、上端に開口33を有する密閉型プラスチック容器であり、バイアル17を受容して、廃棄物回収部35上に配置する位置でバイアル17を保持するように成形しうる。そのため、一実施形態において、バイアル17は、上端縁部すなわちリムに沿って縁部(リップ)18を有する。このようなリップ18は、種々の実施形態において、バイアル17の側面に沿った別の位置にあってもよい。   The apparatus shown in FIGS. 2 and 3 further includes a waste collection device 29, which is, for example, in one embodiment, a sealed plastic container having an opening 33 at the upper end and receiving the vial 17. Then, the vial 17 can be shaped to be held at a position where the vial 17 is disposed on the waste collection unit 35. Thus, in one embodiment, the vial 17 has an edge (lip) 18 along the top edge or rim. Such a lip 18 may be at a different location along the side of the vial 17 in various embodiments.

さらに、例示的な本実施形態によれば、洗浄緩衝液容器および放出用カプセル41を備え、その一実施形態を図4〜図7に示す。例示的なカプセル41は、プラスチックで形成しうる本体43(図5)を備え、また、中空円筒型チャンバ64と、本体43の外周51上に形成した第1の溝47および第2の溝49とを備える。ここで、第1の溝47および第2の溝49は、本体43の上下の各端部近傍にそれぞれ位置する。溝47および溝49内には、それぞれ、第1のOリング52および第2のOリング54(図4)を設ける。   Furthermore, according to this exemplary embodiment, a washing buffer container and a release capsule 41 are provided, one embodiment of which is shown in FIGS. The exemplary capsule 41 includes a body 43 (FIG. 5) that can be formed of plastic, and includes a hollow cylindrical chamber 64 and a first groove 47 and a second groove 49 formed on the outer periphery 51 of the body 43. With. Here, the first groove 47 and the second groove 49 are positioned in the vicinity of the upper and lower ends of the main body 43, respectively. A first O-ring 52 and a second O-ring 54 (FIG. 4) are provided in the groove 47 and the groove 49, respectively.

一実施形態において、カプセル41は、プラスチックで形成しうるスパイク53をさらに備え、スパイク53はOリングシール55を有する。スパイク53の一端部はチャンバ64内へ延在し、一方、もう一方の端部はチャンバ64から外へ延在し、叉状テール部66を備える。例示的な本実施形態において、スパイク53は、さらに、尖端56を備える。   In one embodiment, the capsule 41 further comprises a spike 53 that can be formed of plastic, and the spike 53 has an O-ring seal 55. One end of the spike 53 extends into the chamber 64, while the other end extends out of the chamber 64 and includes a forked tail 66. In the exemplary embodiment, spike 53 further comprises a tip 56.

一実施形態において、カプセル41のチャンバ64に洗浄緩衝溶液67を充填し(図8)、その後封止するが、その際は、例えば、金属薄箔58を上部開口60全体にわたって貼付することにより封止する。種々の実施形態において、洗浄緩衝溶液は、水、pH緩衝液、界面活性剤、キレート剤、塩類、カオトロピック試薬、エタノールやイソプロピルアルコール等の溶媒、酸類、塩基、および任意選択で、DNA分解酵素またはRNA分解酵素等のタンパク質分解酵素を含むことができる。   In one embodiment, the chamber 64 of the capsule 41 is filled with a wash buffer solution 67 (FIG. 8) and then sealed, for example by applying a thin metal foil 58 across the top opening 60. Stop. In various embodiments, the wash buffer solution comprises water, pH buffer, surfactant, chelating agent, salts, chaotropic reagents, solvents such as ethanol and isopropyl alcohol, acids, bases, and, optionally, a DNA-degrading enzyme or Proteolytic enzymes such as RNases can be included.

図8を参照すると、カプセル41の形状および寸法は、Oリング52、54がシリンジ59の胴部61の内部側面に封止可能に係合した状態で、シリンジ59の胴部61内を昇降するように成形されていることがわかる。一実施形態において、シリンジ59の端部62をバイアル17の上部にねじり込む。例示的な本実施形態において、Oリング52、54による封止は気密封止であり、シリンジ59のプランジャまたは駆動ピストン60を作動してカプセル41を下方に押し下げると、気(空気)圧の作用によってバイアル17内の液体は全て薄膜25を通って廃棄物回収容器29へと押し出されるかまたは強制排出される。   Referring to FIG. 8, the shape and dimensions of the capsule 41 are raised and lowered in the barrel 61 of the syringe 59 with the O-rings 52 and 54 engaged with the inner side surface of the barrel 61 of the syringe 59 in a sealable manner. It turns out that it is shape | molded. In one embodiment, the end 62 of the syringe 59 is twisted into the top of the vial 17. In the exemplary embodiment, the sealing by the O-rings 52, 54 is a hermetic seal, and when the plunger of the syringe 59 or the drive piston 60 is actuated to push the capsule 41 downward, the action of air (air) pressure is applied. As a result, all the liquid in the vial 17 is pushed through the thin film 25 to the waste collection container 29 or forcedly discharged.

シリンジ59のプランジャ60をさらに下方に押し下げると、図8Aに示すように、カプセル41のスパイク53の叉状テール部66がシリンジ59の内側下端縁63の一部に接触または当接して、スパイク53およびそのOリング55の動作を停止させ、カプセル41の上部全体にわたって設けた封止材58をスパイク53が穿孔する。このように封止材58を穿孔することにより洗浄緩衝溶液67が放出され、続いて洗浄緩衝溶液67はプランジャ60によりシリンジ59の端部または先端の開口68に圧入されて、その後薄膜25を介して押し出される。洗浄緩衝溶液67が薄膜25を透過する際に、薄膜25が保持していた核酸を洗浄し、薄膜25は実質的に純粋な核酸を新たに保持する。   When the plunger 60 of the syringe 59 is further pushed down, the fork tail portion 66 of the spike 53 of the capsule 41 contacts or abuts a part of the inner lower edge 63 of the syringe 59, as shown in FIG. Then, the operation of the O-ring 55 is stopped, and the spike 53 perforates the sealing material 58 provided over the entire upper portion of the capsule 41. By piercing the sealing material 58 in this manner, the washing buffer solution 67 is released, and then the washing buffer solution 67 is press-fitted into the end 68 or the opening 68 at the tip of the syringe 59 by the plunger 60, and then through the thin film 25. Pushed out. When the washing buffer solution 67 permeates the thin film 25, the nucleic acid held by the thin film 25 is washed, and the thin film 25 newly holds the substantially pure nucleic acid.

図9に示すように、図4〜図7に示すカプセル41同様に構成したカプセル41aを含む第2のシリンジ71を、続いて、バイアル17にねじ込むか、または封止可能に取り付け、このシリンジ71を用いて純粋な核酸を溶液75でさらに洗浄して、選別された核酸を第2の容器すなわちチューブ101へと溶出または洗い出す。一実施形態において、結合DNA、RNA、または他の核酸を薄膜から放出させたい場合は、当該技術分野において知られるように、最終洗浄液に、水またはpH調整用緩衝液とともに、核酸分解を抑制または阻害する任意選択の添加剤、例えばキレート剤を含ませればよい。   As shown in FIG. 9, a second syringe 71 including a capsule 41 a configured similarly to the capsule 41 shown in FIGS. 4 to 7 is subsequently screwed into the vial 17 or attached in a sealable manner. Is used to further wash the pure nucleic acid with solution 75 and elute or wash the selected nucleic acid into a second container or tube 101. In one embodiment, if it is desired to release bound DNA, RNA, or other nucleic acid from the thin film, the final wash solution can be combined with water or a pH adjusting buffer to inhibit nucleic acid degradation or as known in the art. Optional additives to inhibit, such as chelating agents, may be included.

なお、種々の「スピンカラム」市販キットを使用して、本明細書に開示する装置と協働させることもできる。このキットは、シリカベースまたは同様の吸収手法に基づくスピンカラムを用いるものである。一例として、オランダのキアゲン(Qiagen N.V.)社製のスピンカラムRNA/DNA精製キットが挙げられ、核酸作成溶液14、洗浄緩衝液67、溶出液75の調合物を得ることができる。同様のキットの製造会社としては、他に、ザイモリサーチ(Zymo Research)社、Invitrogen/Life Sciences社、バイオ・ラッド(Bio-Rad)社、サーモサイエンティフィック(Thermo Scientific)社、プロメガ(Promega)社等が挙げられる。   It should be noted that various “spin column” commercial kits can also be used to work with the devices disclosed herein. This kit uses a spin column based on silica-based or similar absorption techniques. As an example, a spin column RNA / DNA purification kit manufactured by Qiagen N.V. of the Netherlands can be mentioned, and a preparation of the nucleic acid preparation solution 14, the washing buffer 67, and the eluate 75 can be obtained. Other manufacturers of similar kits include Zymo Research, Invitrogen / Life Sciences, Bio-Rad, Thermo Scientific, and Promega. Companies.

例示的な本実施形態による装置は、その他の迅速DNA/RNA検出法、例えば疾病診断方法または臨床作業/スクリーニング等と組み合わせることができる。   The apparatus according to this exemplary embodiment can be combined with other rapid DNA / RNA detection methods such as disease diagnosis methods or clinical work / screening.

図1〜図14に示す核酸迅速抽出装置は、一連のステップのうちの第1のステップとなりうる。まず、核酸迅速抽出デバイスを用いてDNA/RNAを抽出する。次に、精製された核酸の1体積を、ピペットデバイスまたは他の適切な液体移送方法等を用いて、酵素、プライマー、dNTP、塩類、緩衝液、水の反応混液を入れたチューブへ移送する。そして、試料を所定の一連の熱サイクル条件下に置くか、またはその他の増幅法、例えばLAMP(Loop-mediated isothermal amplification)法等を施す。最後に、チューブ内の内容物を解析して、標的DNA/RNAの存在の有無を判定してもよい。   The rapid nucleic acid extraction apparatus shown in FIGS. 1 to 14 can be the first step in a series of steps. First, DNA / RNA is extracted using a nucleic acid rapid extraction device. Next, 1 volume of the purified nucleic acid is transferred to a tube containing the reaction mixture of enzyme, primer, dNTP, salt, buffer, water using a pipette device or other suitable liquid transfer method. Then, the sample is placed under a predetermined series of thermal cycling conditions, or other amplification methods such as LAMP (Loop-mediated isothermal amplification) method are applied. Finally, the contents in the tube may be analyzed to determine the presence or absence of the target DNA / RNA.

上記の熱サイクルは、また、「手持ち型PCR機」または同様のものを用いて現場移動式とすることも可能である。現場での使用の際は、酵素、プライマー、その他の反応混液(カクテル)を調整して各標的に合ったものとする。当該調整作業は経験およびノウハウに大きく依存し得るものであり、それによって工程を最適化する。最終再検出についても、同様に、現場移動式とすることが可能である。   The thermal cycle described above can also be field mobile using a “handheld PCR machine” or the like. For on-site use, enzymes, primers, and other reaction mixtures (cocktails) should be adjusted to suit each target. The adjustment work can largely depend on experience and know-how, thereby optimizing the process. Similarly, the final re-detection can be on-site mobile.

エボラおよびその他のRNAウイルス類/標的について、逆転写PCRを行うことができる。この場合も、成功の可否は、生成に先立って行う最適化に大きく左右され、装置を十分に堅牢なものとして、生物科学の分野において訓練を受けていない作業員による現場での使用に十分耐え得るものとする。   Reverse transcription PCR can be performed on Ebola and other RNA viruses / targets. Again, the success depends largely on the optimizations performed prior to generation, making the device sufficiently robust to withstand field use by untrained personnel in the field of biological sciences. To get.

例示的な本実施形態においては、部品点数が比較的少ない、簡便で容易に使用可能なデバイスを提供したが、その他の実施形態では、一連のシリンジを用いてもよい。例えば、第1のシリンジによって空気圧を印加して薄膜25を介して核酸溶液を押し出し、その後第2のシリンジを用いて、洗浄緩衝液67等の洗浄緩衝液で薄膜25を洗浄し(図4、図8参照)、続いて第3のシリンジによって空気圧を印加し、第4のシリンジにより、例えば図9に符号75で示す溶出液/緩衝液/水溶液を作用させ、第5のシリンジが最終空気「洗浄」を行う。他の実施形態において、カプセルは、シリンジではなく、閉管内に設置してもよく、カプセル下の管のポートから空気圧を印加し、例えば符号15で示す核酸溶液を薄膜を介して押し出す。その後、真空加圧してカプセルを下方に引き寄せ、破断機構を作動させて、例えば符号67で示す洗浄緩衝液を放出させる。   In the present exemplary embodiment, a simple and easily usable device with a relatively small number of parts is provided, but in other embodiments, a series of syringes may be used. For example, air pressure is applied by a first syringe to push out the nucleic acid solution through the thin film 25, and then the thin film 25 is washed with a washing buffer such as the washing buffer 67 using the second syringe (FIG. 4, Next, air pressure is applied by the third syringe, and for example, the eluate / buffer solution / aqueous solution indicated by reference numeral 75 in FIG. 9 is applied by the fourth syringe. Perform “washing”. In another embodiment, the capsule may be placed in a closed tube instead of a syringe, and air pressure is applied from a port of the tube under the capsule to push the nucleic acid solution indicated by reference numeral 15 through the thin film, for example. Thereafter, the capsule is pulled down under vacuum and the breaking mechanism is actuated to release, for example, a washing buffer indicated by reference numeral 67.

例えば符号41で示すカプセルの片側または両側を封止して、あらかじめ充填した内容物を収容することができる。カプセルは、また、片側のみを封止して開口端から内容物を充填することもできる。種々の実施形態は、必要や用途に応じて、複数のカプセルを一斉に、または順に使用することも含み得る。例示的な上記各実施形態におけるシリンジおよびカプセルは、その断面形状が円形であるものを開示したが、他の実施形態では、例えば正方形、矩形、楕円形等、他の断面形状を有するものを用い得ることを理解されたい。   For example, one side or both sides of the capsule denoted by reference numeral 41 can be sealed to accommodate the pre-filled contents. Capsule can also be filled from the open end with only one side sealed. Various embodiments may also include the use of multiple capsules simultaneously or sequentially, depending on the need and application. The syringes and capsules in each of the exemplary embodiments described above are disclosed in which the cross-sectional shape is circular, but in other embodiments, those having other cross-sectional shapes such as a square, a rectangle, and an ellipse are used. Please understand that you get.

図11、図13、図14に示すように、例えば符号102で示すカプセルの内容物を放出させるための、例えば符号103、113で示すカプセル放出シャフトまたはスパイクを、シリンジ胴部105の端部近傍またはプランジャ107本体に取り付け、その後、各シャフトまたは各スパイクを下方に駆動してカプセル102を穿刺または破断することができる。   As shown in FIGS. 11, 13, and 14, for example, a capsule discharge shaft or spike indicated by reference numerals 103 and 113 for releasing the contents of the capsule indicated by reference numeral 102 is provided near the end of the syringe barrel 105. Or it can be attached to the body of the plunger 107 and then each shaft or each spike can be driven downward to puncture or break the capsule 102.

カプセルの向きを逆にすることもできる。その場合は、例えば符号53で示すスパイクが上部に位置して例えば符号60で示すプランジャに対向し、穿孔端部55がシリンジの底面に向かって下向きとなる。図10に示すカプセルの別の実施形態90では、シャフト93の上端に取り付けた円板または栓91でカプセルを閉止する。ここで、当該カプセルのその他の部品の構成は図4〜図7に示すとおりである。   The capsule orientation can also be reversed. In that case, for example, a spike indicated by reference numeral 53 is located at the upper part and faces a plunger indicated by reference numeral 60, for example, and the perforated end 55 faces downward toward the bottom surface of the syringe. In another embodiment 90 of the capsule shown in FIG. 10, the capsule is closed with a disc or plug 91 attached to the upper end of the shaft 93. Here, the structure of the other components of the capsule is as shown in FIGS.

例示的な各実施形態において用いるOリングに代えて、例えば軟質プラスチックの隆起物等の動的シール技術、または、別法として、カプセルの前後に設けた、例えば符号109、110(図14)で示すバネを用いることができ、カプセルの位置決めおよび放出タイミングを調整する。   Instead of the O-ring used in each exemplary embodiment, for example, a dynamic sealing technique such as a soft plastic ridge, or alternatively, for example, 109, 110 (FIG. 14) provided before and after the capsule The spring shown can be used to adjust capsule positioning and release timing.

このように、本明細書に記載した好適な実施形態について、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、種々の改変および変更を行いうることが、当業者には理解されよう。したがって、添付の特許請求の範囲内であれば、本発明は本明細書に具体的に記載した以外での実施も可能であると理解すべきである。   Thus, one of ordinary skill in the art appreciates that various modifications and changes can be made to the preferred embodiments described herein without departing from the scope and spirit of the invention. Therefore, it is to be understood that, within the scope of the appended claims, the invention may be practiced other than as specifically described herein.

Claims (26)

洗浄緩衝液を入れた破断可能なカプセルを製造するステップと、
前記カプセルをシリンジデバイスに挿入するステップであって、該カプセルが前記シリンジデバイスの下端部の上かつ前記シリンジデバイスのプランジャの下に位置するように、前記カプセルを挿入するステップと、
前記シリンジデバイスの下端部を、核酸を含む溶液の入った容器に挿入するステップであって、該容器は、さらに、核酸を捕捉するように構成した薄膜を備えることを特徴とする、前記シリンジデバイスの下端部を挿入するステップと、
前記シリンジデバイスのプランジャを押し込むステップであっで、まず、前記薄膜を介して前記溶液を押し出し、前記薄膜により核酸を保持する一方、前記溶液中の不要な成分は薄膜を透過させるようにする、押し込むステップと、
その後、前記カプセルを破断させて前記洗浄緩衝液を放出するステップと、 さらに、前記シリンジデバイスのプランジャを前進させるステップであって、前記薄膜を介して前記シリンジデバイスの下端部の外に前記洗浄緩衝液を排出する一方、純粋な核酸を前記薄膜上に残すようにする、前進させるステップと、を備える方法。
Producing a breakable capsule containing a wash buffer;
Inserting the capsule into a syringe device, inserting the capsule such that the capsule is located above a lower end of the syringe device and below a plunger of the syringe device;
The syringe device is a step of inserting a lower end portion of the syringe device into a container containing a solution containing nucleic acid, the container further comprising a thin film configured to capture the nucleic acid. Inserting the lower end of
The step of pushing in the plunger of the syringe device is to push out the solution through the thin film and hold the nucleic acid by the thin film while allowing unnecessary components in the solution to pass through the thin film. Steps,
Thereafter, breaking the capsule to release the washing buffer, and further advancing the plunger of the syringe device, the washing buffer being out of the lower end of the syringe device through the thin film Advancing, allowing the liquid to drain while leaving pure nucleic acid on the membrane.
前記プランジャを押し込むことにより生成された空気圧により、前記溶液が前記薄膜を介して押し出されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the solution is pushed through the membrane by air pressure generated by pushing the plunger. 前記薄膜をさらに洗浄するように構成した第2のシリンジ装置を用いて、選別された核酸を溶出するステップを備える、請求項1または2に記載の方法。   3. The method of claim 1 or 2, comprising eluting the sorted nucleic acid using a second syringe device configured to further wash the thin film. 選別された核酸が、RNA、DNA、相補的DNA、相補的RNA、修飾DNA、修飾RNA、転移RNA、リボゾームRNA、tmRNA、PNA、LNA、GNA、またはTNAのうちの1つを含むことを特徴とする、請求項3に記載の方法。   The sorted nucleic acid comprises one of RNA, DNA, complementary DNA, complementary RNA, modified DNA, modified RNA, transfer RNA, ribosomal RNA, tmRNA, PNA, LNA, GNA, or TNA The method of claim 3. 前記破断可能なカプセルは、前記洗浄緩衝液を放出するように破断可能な立体中空体部品と、前記立体中空体部品に取り付けた材料と、を備えることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。   The breakable capsule comprises a three-dimensional hollow body part that can be broken so as to release the washing buffer, and a material attached to the three-dimensional hollow body part. The method according to any one of the above. 前記材料は金属薄箔であり、前記薄箔を穿孔して前記カプセルを破断することを特徴とする、請求項5に記載の方法。   The method according to claim 5, wherein the material is a thin metal foil, and the capsule is broken by perforating the thin foil. 開口を備える上端と、核酸を保持するように構成した薄膜で塞いだ下端とを有する第1の容器を用い、さらに、バレル、および、前記バレル内に移動可能に取り付けたプランジャを備えたシリンジデバイスを用いる、迅速核酸抽出方法であって、
洗浄緩衝液を入れた洗浄緩衝液放出カプセルを製造するステップと、
前記洗浄緩衝液放出カプセルを前記シリンジデバイスに挿入するステップと、
第2の容器に核酸作成溶液をあらかじめ充填するステップであって、該核酸作成溶液は、生試料の細胞を破壊して核酸を放出させ、かつ、前記核酸を維持するように選択したものである、充填するステップと、
核酸を含む生試料を、前記あらかじめ充填した第2の容器に投入し、第2の容器の内容物を攪拌して、処理済み核酸抽出用溶液を生成するステップと、
選択した量の処理済み核酸溶液を前記第1の容器に充填するステップと、
前記シリンジデバイスを前記第1の容器に挿入するステップと、
前記シリンジデバイスのプランジャを下方に押し込むステップであって、空気圧によって処理済み核酸溶液を前記薄膜を介してまず押し出すことにより、前記薄膜上に核酸を捕捉する一方、処理済み核酸溶液の他の成分は薄膜を透過させるステップと、
その後、前記プランジャ下の位置で前記洗浄緩衝液放出カプセルから前記洗浄緩衝液を放出するステップと、
さらに、前記プランジャを下方に前進させるステップであって、前記薄膜を介して前記洗浄緩衝液を排出することにより、純粋な核酸を薄膜上に残すようにする、前進させるステップと、を備える方法。
A syringe device using a first container having an upper end with an opening and a lower end closed with a thin film configured to hold a nucleic acid, and further including a barrel and a plunger movably attached in the barrel A rapid nucleic acid extraction method using
Producing a wash buffer release capsule containing the wash buffer;
Inserting the wash buffer release capsule into the syringe device;
A step of pre-filling a second container with a nucleic acid preparation solution, the nucleic acid preparation solution being selected to destroy the cells of the live sample to release the nucleic acid and to maintain the nucleic acid; Filling, and
Placing a raw sample containing nucleic acid into the pre-filled second container, stirring the contents of the second container to produce a treated nucleic acid extraction solution;
Filling the first container with a selected amount of the treated nucleic acid solution;
Inserting the syringe device into the first container;
Pushing the plunger of the syringe device downward, by first extruding the treated nucleic acid solution through the membrane by air pressure to capture the nucleic acid on the membrane, while the other components of the treated nucleic acid solution are Passing the thin film through;
Then releasing the wash buffer from the wash buffer release capsule at a position below the plunger;
A step of advancing the plunger downward, wherein the washing buffer is drained through the membrane to leave pure nucleic acid on the membrane.
前記生試料は、固形物を含むことを特徴とする、請求項7に記載の方法。   The method according to claim 7, wherein the raw sample includes a solid substance. 前記生試料は、液体であることを特徴とする、請求項7に記載の方法。   The method according to claim 7, wherein the raw sample is a liquid. 前記第2の容器の内容物を撹拌することにより、前記試料を前記核酸作成溶液と混合することを特徴とする、請求項7〜9のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 7 to 9, wherein the sample is mixed with the nucleic acid preparation solution by stirring the contents of the second container. 前記第2の容器の内容物は、震盪ステップを用いることにより攪拌することを特徴とする、請求項7〜9のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the contents of the second container are agitated by using a shaking step. 第2のシリンジ装置を用いて前記薄膜をさらに洗浄して、選別された核酸を溶出するステップをさらに備える、請求項7〜11のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 7 to 11, further comprising the step of further washing the thin film using a second syringe device to elute the selected nucleic acid. 前記選別された核酸は、RNA、DNA、相補的DNA、相補的RNA、修飾DNA、修飾RNA、転移RNA、リボゾームRNA、tmRNA、PNA、LNA、GNA、またはTNAのうちの1つを含むことを特徴とする、請求項12に記載の方法。   The selected nucleic acid includes one of RNA, DNA, complementary DNA, complementary RNA, modified DNA, modified RNA, transfer RNA, ribosomal RNA, tmRNA, PNA, LNA, GNA, or TNA. 13. A method according to claim 12, characterized. 前記カプセルは、前記洗浄緩衝液を放出するように破断可能な立体中空体部品と、前記立体中空体部品に取り付けた材料と、を備えることを特徴とする、請求項7〜13のいずれか1項に記載の方法。   14. The capsule according to any one of claims 7 to 13, wherein the capsule comprises a three-dimensional hollow body part that can be broken so as to release the washing buffer, and a material attached to the three-dimensional hollow body part. The method according to item. 洗浄緩衝液を入れた破断可能なカプセルを製造するステップと、
前記カプセルをシリンジデバイスに挿入するステップと、
核酸溶液と、核酸を捕捉するように構成した薄膜と、を備える容器に前記シリンジデバイスを挿入するステップと、
前記シリンジデバイスのプランジャを押し込むステップであって、まず、前記薄膜を介して前記溶液を押し出す、プランジャを押し込むステップと、
その後、前記カプセルを破断させて前記洗浄緩衝液を放出するステップと、
さらに、前記プランジャを前進させるステップであって、前記薄膜を介して前記洗浄緩衝液を排出する、前進させるステップと、を備える方法。
Producing a breakable capsule containing a wash buffer;
Inserting the capsule into a syringe device;
Inserting the syringe device into a container comprising a nucleic acid solution and a thin film configured to capture the nucleic acid;
Pushing the plunger of the syringe device, first pushing the solution through the membrane; pushing the plunger;
Then breaking the capsule to release the wash buffer;
And advancing the plunger, wherein the advancing step drains the wash buffer through the membrane.
シリンジデバイスの下端部の上かつ前記シリンジデバイスのプランジャの下に位置する、洗浄緩衝液の入った破断可能なカプセルを含むシリンジデバイスを用いる核酸抽出方法であって、
前記シリンジデバイスの下端部を、核酸を含む溶液の入った容器に挿入するステップであって、該容器は、さらに、核酸を捕捉するように構成した薄膜を備えることを特徴とする、挿入するステップと、
前記シリンジデバイスのプランジャを押し込むステップであって、まず、前記薄膜を介して前記溶液を押し出し、前記薄膜により核酸を保持する一方、溶液中の不要な成分は薄膜を透過させるようにする、押し込むステップと、
その後、前記カプセルを破断させて前記洗浄緩衝液を放出するステップと、 さらに、前記シリンジデバイスのプランジャを前進させるステップであって、前記薄膜を介して前記シリンジデバイスの下端部の外に前記洗浄緩衝液を排出する一方で、純粋な核酸を前記薄膜上に残すようにする、前進させるステップと、を備える方法。
A method for nucleic acid extraction using a syringe device comprising a breakable capsule containing a wash buffer located above a lower end of the syringe device and below a plunger of the syringe device comprising:
Inserting the lower end of the syringe device into a container containing a solution containing nucleic acid, the container further comprising a thin film configured to capture nucleic acid; When,
The step of pushing in the plunger of the syringe device, first pushing out the solution through the thin film and holding the nucleic acid by the thin film while allowing unnecessary components in the solution to pass through the thin film. When,
Thereafter, breaking the capsule to release the washing buffer, and further advancing the plunger of the syringe device, the washing buffer being out of the lower end of the syringe device through the thin film Advancing, allowing the liquid to drain while leaving pure nucleic acid on the membrane.
前記プランジャを押し込むことにより、生成された空気圧により、前記溶液が前記薄膜を介して押し出されることを特徴とする、請求項16に記載の方法。 By pushing the plunger by the generated air pressure, wherein the solution is extruded through the membrane The method of claim 16. 前記薄膜をさらに洗浄するように構成した第2のシリンジ装置を用いて、選別された核酸を溶出するステップを備える、請求項16または17に記載の方法。   18. The method according to claim 16 or 17, comprising eluting the sorted nucleic acid using a second syringe device configured to further wash the thin film. 前記選別された核酸は、RNA、DNA、相補的DNA、相補的RNA、修飾DNA、修飾RNA、転移RNA、リボゾームRNA、tmRNA、PNA、LNA、GNA、またはTNAのうちの1つを含むことを特徴とする、請求項18に記載の方法。   The selected nucleic acid includes one of RNA, DNA, complementary DNA, complementary RNA, modified DNA, modified RNA, transfer RNA, ribosomal RNA, tmRNA, PNA, LNA, GNA, or TNA. 19. A method according to claim 18, characterized. 前記破断可能なカプセルは、前記洗浄緩衝液を放出するように破断可能な立体中空体部品と、前記立体中空体部品に取り付けた材料と、を備えることを特徴とする、請求項16〜19のいずれか1項に記載の方法。   20. The breakable capsule comprises a solid hollow body part that can be broken so as to release the washing buffer, and a material attached to the solid hollow body part. The method according to any one of the above. 核酸抽出用溶液を収容するように構成し、また、下端部に位置する薄膜を有する第1の容器であって、前記薄膜は核酸を捕捉する一方で前記溶液のその他の成分を透過させるように構成したことを特徴とする、第1の容器と、
前記第1の容器の開口上端部内に挿入可能なシリンジであって、該シリンジは、シリンジのプランジャの作動に応じて下方に移動可能なカプセルを備え、該カプセルは、その下端部に取り付けたスパイクを有し、該スパイクは、カプセルの下端部の外へ延在する第1の端部を有し、該カプセルは、さらに、その上部開口全体にわたって設けた封止材を有し、該カプセルには、さらに、緩衝溶液が入っていることを特徴とする、シリンジと、を備え、
前記カプセルの前記シリンジ内部における構成および位置は、該シリンジ内部で該カプセルが下方へ移動することにより、まず、第1の容器内にある核酸溶液が薄膜を通って押し出され、その後、前記スパイクが前記シリンジの下面に接触して前記封止材を穿刺することにより前記緩衝溶液が前記第1の容器に放出されるような構成および位置としたことを特徴とする、核酸抽出装置。
A first container configured to contain a nucleic acid extraction solution and having a thin film located at a lower end thereof, wherein the thin film captures nucleic acid while allowing other components of the solution to pass therethrough. A first container, characterized by comprising:
A syringe that can be inserted into the upper open end of the first container, the syringe comprising a capsule that can be moved downward in response to the operation of a plunger of the syringe, and the capsule is a spike attached to the lower end of the syringe. The spike has a first end extending out of the lower end of the capsule, the capsule further comprising a sealing material provided over the entire upper opening thereof, Further comprises a syringe characterized by containing a buffer solution;
The configuration and position of the capsule inside the syringe are such that when the capsule moves downward inside the syringe, the nucleic acid solution in the first container is first pushed out through the thin film, and then the spike is A nucleic acid extraction apparatus characterized in that the buffer solution is released into the first container by contacting the lower surface of the syringe and puncturing the sealing material.
請求項21に記載の核酸抽出装置であって、さらに、
前記シリンジがさらに下方へ移動することにより、前記緩衝溶液が前記薄膜を通って押し出され、その結果として純粋な核酸が薄膜上に残留するように構成した、
核酸抽出装置。
The nucleic acid extraction apparatus according to claim 21, further comprising:
The buffer is further moved downward to push the buffer solution through the membrane, resulting in pure nucleic acid remaining on the membrane,
Nucleic acid extraction device.
請求項21に記載の核酸抽出装置は、前記薄膜をさらに洗浄して、選別された核酸を溶出するように構成した第2のシリンジ装置を備える、
核酸抽出装置。
The nucleic acid extraction device according to claim 21, further comprising a second syringe device configured to further wash the thin film and elute the selected nucleic acid.
Nucleic acid extraction device.
請求項23に記載の核酸抽出装置において、
前記選別された核酸は、RNA、DNA、相補的DNA、相補的RNA、修飾DNA、修飾RNA、転移RNA、リボゾームRNA、tmRNA、PNA、LNA、GNA、またはTNAのうちの1つを含むことを特徴とする、
核酸抽出装置。
The nucleic acid extraction apparatus according to claim 23,
The selected nucleic acid includes one of RNA, DNA, complementary DNA, complementary RNA, modified DNA, modified RNA, transfer RNA, ribosomal RNA, tmRNA, PNA, LNA, GNA, or TNA. Features
Nucleic acid extraction device.
核酸を含む溶液を入れた容器であって、さらに、核酸を捕捉するように構成した薄膜を備えた容器と、
洗浄緩衝液を含む破断可能なカプセルと、
前記カプセルを破断して前記洗浄緩衝液を放出する破断部品と、
シリンジデバイスであって、前記カプセルが該シリンジデバイス内の下端部の上および該シリンジデバイスのプランジャの下に位置し、前記シリンジデバイスの下端部は、前記容器の開口端に嵌め込むように成形してある、シリンジデバイスと、
前記薄膜は核酸を保持する一方、溶液の不要な成分は薄膜を透過するように、まず、前記薄膜を介して前記溶液を押し出す、押し下げ可能な前記シリンジデバイスのプランジャと、を備える核酸抽出装置であって、
前記破断部品に前記カプセルを破断させ、前記洗浄緩衝液を放出し、その後、前記薄膜を介して前記シリンジデバイスの下端部の外に前記洗浄緩衝液を排出することで前記薄膜上に純粋な核酸を残すように、前記プランジャはさらに押し下げ可能であることを特徴とする、装置。
A container containing a solution containing nucleic acid, and further comprising a thin film configured to capture nucleic acid;
A breakable capsule containing a wash buffer;
A ruptured part that breaks the capsule and releases the washing buffer;
A syringe device, wherein the capsule is positioned above a lower end portion of the syringe device and below a plunger of the syringe device, and the lower end portion of the syringe device is shaped to fit into the open end of the container. A syringe device,
A nucleic acid extraction apparatus comprising: a plunger of the syringe device that can be pushed down, and first pushes out the solution through the thin film so that unnecessary components of the solution pass through the thin film while the thin film holds the nucleic acid. There,
Pure nucleic acid on the thin film by breaking the capsule into the breakable part, releasing the washing buffer, and then draining the washing buffer out of the lower end of the syringe device through the thin film The device is characterized in that the plunger is further depressible to leave
洗浄緩衝液の入った、破断可能なカプセルと、
プランジャの下方に配置した前記カプセルを含むシリンジデバイスと、
前記カプセルと連動して設けた封止機構であって、前記カプセルと前記シリンジデバイスとの間を封止すると同時に、前記シリンジデバイスに対して移動が可能である封止機構と、
前記カプセルを破断する破断機構と、
核酸溶液を収容する容器であって、核酸を補足するように配置されかつ構成された薄膜を備えた容器と、
を備えた装置であって、
前記カプセル、前記シリンジ、前記プランジャ、前記封止機構、および前記破断機構は、空気圧を前記シリンジから前記容器に印加し、その後、前記カプセルに入った洗浄緩衝液を前記シリンジから前記容器に供給するように構成したことを特徴とする、装置。
A breakable capsule containing a wash buffer ;
A syringe device comprising the capsule disposed below the plunger;
A sealing mechanism provided in conjunction with the capsule , the sealing mechanism capable of moving with respect to the syringe device simultaneously with sealing between the capsule and the syringe device ;
A breaking mechanism for breaking the capsule;
A container containing a nucleic acid solution, comprising a thin film arranged and configured to supplement nucleic acid;
A device comprising:
The capsule, the syringe, the plunger, the sealing mechanism, and the breaking mechanism apply air pressure from the syringe to the container, and then supply the cleaning buffer contained in the capsule from the syringe to the container. An apparatus characterized by being configured as described above.
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